土地利用格局与土壤流失关系的尺度效应分析与尺度转换

本研究以景观生态学中的"格局－过程－尺度"为理论基础，以陕北黄土丘陵沟壑区延河流域、清涧河流域、汾川河流域和大理河流域为研究区域，综合采取模型设计、GIS应用开发等方法，针对土壤流失这一生态过程，在发展土地利用格局表征方法的基础上，分析土地利用格局和土壤流失关系随着空间尺度变化而表现出的尺度效应，探讨土地利用格局与土壤流失关系尺度转换因子数学表达方法；在此基础上，构建基于黄土丘陵沟壑区土地利用格局与土壤流失关系评价模型，进行模型的GIS开发和应用分析，为深化尺度转换研究和土地利用与土壤流失的关系研究服务。

探讨土地利用格局与生态过程关系，开展尺度效应分析与尺度转换研究，是自然地理学和景观生态学研究的热点和前沿。本项目以"格局－过程－尺度"为理论基础，以黄土丘陵沟壑区为重点区域，综合采取定位监测、野外调查、模型设计与GIS开发等方法，针对土壤流失等生态过程，开展了如下研究：（1）土地利用格局变化与尺度效应；（2）土壤性状的尺度效应；（3）降雨侵蚀力因子（R）修正与尺度上推；（4）多尺度植被覆盖与管理因子（C）估算；（5）土壤可蚀性因子（K）估算与尺度变异；（6）DEM精度与地形因子的尺度效应；（7）基于监测数据的水土流失效应与尺度变异；（8）土壤侵蚀评价指数（SL）完善与开发；（9）基于SL指数的土壤流失尺度效应；（10）土地利用格局调整重点区域识别。本项目主要取得如下认识：（1）多尺度土地利用格局变化差异明显，自然因素是小尺度土地利用变化主导因素，经济与社会政策主导影响大尺度土地利用变化时空格局；（2）土壤性状受不同尺度土地利用和地形因素的综合影响，坡位对土壤性状影响总体上大于土地利用的影响，但是流域尺度土地利用对土壤养分的影响更为显著；（3）修正后的R因子简易算法能提高R因子估算精度，降雨侵蚀力空间差异明显；（4）样地尺度植被指数对C因子的解释能力随着植被高度增加而降低，流域尺度C因子对地表枯落物遥感指数更为敏感，区域尺度C因子表现出从南到北逐渐降低的趋势；（5）K值空间变异性随着尺度增大而增大，基于几何粒径模型测算的K值具有更好的适用性；（6）受复杂地形地貌特征影响，ASTER GDEM高程精度低于数据发布方公布的垂直精度，DEM精度变化对地形因子影响程度差异明显；（7）降水与径流相关性随着子流域面积增加而增大，植被对径流量的影响没有明显的尺度效应；（8）修正后的SL指数可以刻画降雨和土地利用格局对土壤流失的影响，反映其空间格局特征；（9）降雨和土地利用格局对土壤侵蚀的影响随着流域面积增加而降低，在面积较小流域，降雨格局对土壤侵蚀的影响大于土地利用格局的影响，在面积较大流域，则与此相反；（10）安塞集水区中度侵蚀区域主要位于集水区中上游，占集水区总面积46.7%，延河流域重点调整区主要分布在北部、东北部地区。本研究对于深化多尺度土地利用格局与生态过程的关系具有积极意义。在进一步研究中，有待深化“格局-过程-服务-可持续性”的研究，为区域生态恢复与可持续性提供支撑。